Пространственно‑временная динамика землепользования и покрова почвы и реакции стоков на осадки в урбанизирующейся Гдыне, Польша

Почему рост города и ливни важны для повседневной жизни

Когда сильный дождь обрушивается на город, направление и скорость движения воды могут решить, будет ли это обычный ливень или затопленные улицы, подвалы и транспортные линии. В этом исследовании рассматривается Гдыня — быстро растущий прибрежный город на севере Польши — чтобы понять, как десятилетия застройки и изменяющиеся характеристики осадков меняют пути стока воды по ландшафту. Результаты помогают объяснить, почему внезапные наводнения становятся более вероятными во многих городах, и что можно сделать, чтобы снизить этот риск.

От полей и лесов к асфальту и крышам

За последние четыре десятилетия значительные части Гдыни претерпели трансформацию. С помощью спутниковых снимков и машинного обучения исследователи восстановили изменения землепользования в период с 1985 по 2024 год по всему городу и с 1949 по 2030 год в пойменной бассейне реки Кача. Они обнаружили, что сельскохозяйственные угодья и травянистые участки резко сократились, тогда как застроенные территории и леса выросли. По всему городу застроенные поверхности — жилые массивы, дороги и промзоны — увеличились примерно на половину, а сельскохозяйственные земли уменьшились до менее чем трети от прежнего объёма. В бассейне Качи площадь застройки с 1949 года увеличилась более чем в пять раз и, по прогнозам, будет продолжать расти к 2030 году, главным образом вдоль склонов и транспортных коридоров, которые быстро подают воду в ручьи.

Как учёные оценивали сток в меняющемся городе

Чтобы перевести эти картографические изменения в оценку риска паводков, команда применила широко используемую инженерную формулу, связывающую покрытие почвы, её тип и уклон с долей осадков, превращающейся в поверхностный сток вместо того, чтобы впитаться в землю. Они объединили это с цифровой моделью высот и данными о почвах, чтобы оценить, как разные поверхности — от лесов до парковок — реагируют при интенсивных ливнях. Вместо опоры на одно историческое событие они использовали синтетические «конструкторские» осадки, представляющие редкие, но опасные штормы продолжительностью 15 минут, одного часа и 24 часов, каждый из которых имеет вероятность 1 из 100 в любой год. Также были включены климатические проекции по двум сценариям выбросов парниковых газов (RCP4.5 и RCP8.5), чтобы увидеть, как будущие суточные осадки могут изменить сток по всему городу.

Что происходит с дождевой водой по мере разрастания города

Результаты показывают ясную закономерность: по мере урбанизации Гдыни больше осадков превращается непосредственно в быстро текущий поверхностный сток. Для всего города объём стока при экстремальном 24‑часовом шторма увеличился с примерно 25,9 миллиметра в 1985 году до 31,7 миллиметра в 2024 году, несмотря на то, что сам шторм считался одинаковым. Короткие, более интенсивные события показали аналогичный рост. Доля осадков, превращающаяся в сток (коэффициент стока), неуклонно повышалась, особенно в районах, где новые жилые кварталы и транспортные связи заменяли поля и открытые пространства. Карты города показывают, что наибольшие скачки стока совпадают с вновь урбанизированными поясами на севере, востоке и юго‑западе, в то время как лесистые холмы по‑прежнему работают как относительные «губки» с меньшим стоком.

Взгляд в будущее при более тёплом климате

Изменение землепользования — это лишь часть картины. Когда исследователи объединили современное покрытие земли с проекциями будущих осадков, они обнаружили дальнейшее увеличение стока для Гдыни. При умеренном сценарии выбросов (RCP4.5) поверхностный сток при интенсивных суточных событиях прогнозируется с ростом примерно на 1–2% к середине века и немного большим к 2100 году. При более высоких выбросах (RCP8.5) увеличения достигают примерно 7% к концу столетия. Коэффициенты стока демонстрируют аналогичную восходящую тенденцию. В бассейне реки Кача, где прошлые наводнения уже повредили инфраструктуру, тот же тип анализа показывает, что сток резко вырос с 1949 года и, вероятно, будет продолжать расти по мере расширения застройки, даже если часть лесного покрова сохраняется.

Что эти выводы значат для городов, устойчивых к наводнениям

Для неспециалистов посыл исследования прост: когда город заменяет поля и травянистые участки на связанные сети улиц, крыш и дренажей — и когда штормы становятся интенсивнее — дождевая вода быстрее и в больших объёмах достигает рек, повышая вероятность городских паводков. В Гдыне эта тенденция наиболее выражена там, где новые застройки расположены непосредственно над ручьями и дренажными линиями, что означает: локальные планировочные решения выше по течению могут иметь серьёзные последствия для районов ниже по течению. Авторы утверждают, что одних традиционных жёстких защит недостаточно. Вместо этого они подчёркивают необходимость идей «губкого города»: сохранение оставшихся лесов, добавление зелёных коридоров, удерживающих бассейнов и проницаемых покрытий, и размещение этих мер именно там, где генерируется сток. Их объединённая картографическая и модельная платформа предлагает городским планировщикам практический способ определить приоритетные зоны и спланировать будущее развитие так, чтобы ноги и фундаменты оставались суше, когда придёт следующий сильный шторм.

Цитирование: Galata, A.W., Gulshad, K. & Szydłowski, M. Spatiotemporal land use land cover dynamics and rainfall-runoff responses in the urbanizing Gdynia, Poland. Sci Rep 16, 11153 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39241-9

Ключевые слова: городские паводки, изменение землепользования, поверхностный сток, прибрежные города, влияние изменения климата